Como ler uma folha de dados de UPS: VFI, kVA, PF, THD, MTBF e mais explicados

Coloque três folhas de dados de UPS lado a lado e a comparação desmorona rapidamente.

Um diz VFI. Outro cita THDi abaixo de 3%. Um anuncia 99% de eficiência. Outro fornece um MTBF acima de 100.000 horas. Em seguida, vêm kVA, kW, PF, THDv, porcentagens de sobrecarga, tensão da bateria e faixas de bypass.

Nenhuma dessas especificações é sem sentido. O problema são as condições por trás delas.

Um valor de eficiência de 99% pode ser medido no modo ECO em vez da operação normal de conversão dupla. Uma ampla faixa de tensão de entrada pode se aplicar apenas a carga parcial. E "sobrecarga de 150%" não diz nada até que o fabricante também declare por quanto tempo o inversor a mantém.

Portanto, leia uma folha de dados em uma ordem fixa: topologia e potência utilizável primeiro, depois o que a UPS consome da fonte de alimentação upstream, o que ela entrega à carga, como ela se comporta durante sobrecargas e falhas de entrada, e finalmente como a bateria e o bypass são construídos.

Comparações só têm sentido quando a classe e o teto de kW correspondem. Todas as outras linhas na página dependem desses dois.

1. Comece com VFI, VI e VFD

Antes de comparar a eficiência ou o tempo de execução da bateria, identifique a classificação.

A IEC 62040-3 classifica uma UPS pela forma como sua saída se comporta quando a fonte de alimentação de entrada se move. O código tem três partes emdash;VFI-SS-111 é o que você vê com mais frequência emdash; e a primeira parte decide o que a UPS pode proteger.

VFD emdash; dependente de tensão e frequência

A tensão e a frequência de saída seguem o fornecimento de entrada durante a operação normal. Projetos de standby e offline se encaixam aqui: a carga funciona com a rede elétrica, e o inversor assume quando a entrada falha.

Como essa transferência tem que acontecer,há uma pequena interrupção. Alguns milissegundos são suficientes para um PC desktop ou um terminal POS. Não é suficiente para um CLP que precisa passar pela lacuna.

VI emdash; independente de tensão

A UPS regula a tensão de saída dentro de sua faixa operacional especificada, enquanto a frequência de saída ainda acompanha a entrada.

Projetos lineares interativos se encaixam aqui. A regulação automática de tensão absorve uma banda de variação de tensão de entrada sem tocar na bateria, então a bateria é acionada com menos frequência. VI é adequado para equipamentos de rede, gabinetes de telecomunicações e salas de TI menores onde a conversão dupla completa não é justificada.

VFI emdash; independente de tensão e frequência

A saída é independente da tensão e frequência de entrada dentro das condições operacionais declaradas. Projetos de conversão dupla online se encaixam aqui: a CA de entrada é retificada para CC, e o inversor reconstrói a CA controlada e alimenta a carga continuamente.

Data centers,imagens médicas, controle industrial e equipamentos de processo normalmente especificam VFI.

O restante do código

As letras e os dígitos após o traço são onde a maioria das folhas de dados para:

• SS emdash; forma de onda de saída. S significa senoidal, em operação normal e em operação com energia armazenada; o limite do padrão é distorção harmônica total abaixo de 8% sob carga linear e não linear de referência. X significa senoidal apenas sob carga linear. Y significa não senoidal de forma alguma.

• 111 emdash; desempenho dinâmico da saída, três dígitos: comportamento na mudança de modo de operação, em um degrau de carga linear e em um degrau de carga não linear. 1 é a classe mais rigorosa,3 a menos.

Peça o código completo. "VFI" informa que a saída é independente da entrada. Não informa quão limpa é essa saída, ou quão bem a UPS mantém a tensão quando a carga muda.

Não comece com a pergunta de qual UPS tem a melhor eficiência ou o maior número de kVA. Certifique-se de que a classe corresponda à carga primeiro.

2. kVA, kW e fator de potência de saída

Uma UPS de 100 kVA não entrega automaticamente 100 kW. Verifique isso antes de comparar preços.

kVA emdash; potência aparente

Monofásico:

kVA = V × A ÷ 1000

Trifásico:

kVA = √3 × V × A ÷ 1000

kVA descreve a capacidade de tensão e corrente da UPS. Por si só, não fornece a potência ativa que a carga pode consumir.

kW emdash; potência ativa

kW é o que a carga realmente usa. Duas folhas de dados, ambas de 100 kVA:

• 100 kVA / 90 kW

• 100 kVA / 100 kW

Mesmo kVA. Dez quilowatts de diferença no que você pode conectar.

Fator de potência de saída

Para a classificação de saída da UPS:

kW = kVA × fator de potência de saída

Uma unidade de 100 kVA em PF 0.9 é uma máquina de 90 kW. Leia o PF de saída como um teto do que a UPS pode fornecer, não como um número que sua carga deve corresponder emdash; uma carga operando em PF 0.95 não precisa de uma UPS de PF 0.95, ela precisa de uma UPS cujo teto de kW cubra sua demanda de kW.

Esse teto também não é um guia de como a UPS lida com motores, transformadores ou outras cargas de alta corrente de partida. Isso depende da capacidade de sobrecarga, resposta transitória e da característica de partida da própria carga.

O número de kVA é idêntico em todas as três linhas. O que você pode conectar a ele não é.

Coloque kVA e kW lado a lado em todas as cotações, e se um fornecedor citar apenas kVA, peça o kW nominal antes de dimensionar qualquer coisa.

3. Harmônicos: THDi upstream, THDv downstream

Duas distorções diferentes, em duas direções diferentes, citadas sob duas condições diferentes.

PF de entrada e THDi emdash; o que a UPS consome

O fator de potência de entrada é a razão entre a potência de entrada real e a potência aparente que a UPS consome. A distorção harmônica total da corrente de entrada descreve o quão longe a forma de onda dessa corrente se desvia de uma onda senoidal. Ambos sobrecarregam a infraestrutura upstream: cabos, disjuntores, transformadores e o gerador.

A topologia do retificador impulsiona ambos os números. Retificadores mais antigos baseados em tiristores consomem mais corrente reativa e harmônica, projetos de 12 pulsos reduzem os harmônicos de entrada característicos, e retificadores IGBT modernos com PFC ativo atingem PF de entrada próximo à unidade com THDi muito menor.

Os valores reais dependem da impedância da fonte, filtragem de entrada, nível de carga e o próprio projeto do retificador. Um PF citado a 100% de carga não é o PF a 20% de carga, e um valor de THDi sem condição de carga não pode ser classificado contra um que o tenha.

THDv emdash; o que chega à carga

THDv é a distorção da tensão de saída que a carga vê. Os fabricantes a citam separadamente para cargas lineares e não lineares, e essa distinção é o ponto principal: uma fonte de alimentação chaveada consome uma corrente não senoidal, e essa corrente distorce a tensão do que quer que a alimente.

Portanto, THDv <2% em uma folha de dados e <5% em outra não classificam as duas unidades até que você saiba em qual carga cada uma foi medida. É também por isso que a letra da forma de onda IEC 62040-3 é importante emdash; a diferença entre S e X é exatamente se a saída permanece senoidal sob a carga não linear de referência.

O número importa. A condição por trás do número importa tanto quanto.

4. Eficiência: verifique o modo e a carga

Eficiência: 99% parece excelente. A primeira pergunta é: 99% em qual modo?

Os fabricantes publicam valores separados para o modo de conversão dupla e o modo ECO, geralmente em 25%, 50%, 75% e 100% de carga.

O modo ECO não é uma versão mais eficiente da mesma proteção. No modo ECO, a carga funciona com a fonte de alimentação da rede filtrada e o inversor fica ocioso até que a entrada saia da tolerância emdash; então esse 99% descreve uma UPS que, nesse período, não está condicionando a energia. Compará-lo com a eficiência online de outra unidade compara um caminho de bypass com um caminho de conversão dupla.

A carga importa tanto quanto o modo. Uma UPS comprada para 100 kW de capacidade futura pode passar seus primeiros três anos com 30 a 50% de carga, e a eficiência nesse ponto de operação emdash; não o pico de carga total emdash; é o que aparece na conta de eletricidade.

Peça a curva de eficiência, ou no mínimo a eficiência de conversão dupla na carga que você realmente executará.

5. Sobrecarga: a porcentagem não significa nada sem a duração

"Capacidade de sobrecarga de 150%" é meia especificação.

Você precisa de dois números: porcentagem de sobrecarga, mais quanto tempo o inversor a mantém.

As folhas de dados normalmente fornecem uma escada:

• 105% emdash; contínuo, ou um limite longo

• 125% emdash; tipicamente minutos

• 150% emdash; tipicamente segundos a um minuto

• acima de 150% emdash; transferência para bypass

Quando o tempo expira, a UPS transfere a carga para o bypass. Isso é bom se houver uma fonte de bypass e ela estiver dentro da tolerância. Não é bom em um local que dependia do inversor para suportar o pico.

Para cargas com alta demanda de partida ou transitória emdash; motores, transformadores, compressores, imagens médicas emdash; a pergunta útil não é "ele aguenta 150%?" mas:

Quantos segundos o inversor aguenta 150%, e o que acontece no segundo seguinte?

6. Tempo de transferência: entre quais dois estados "0 ms" está?

Unidades de conversão dupla online são especificadas em 0 ms da operação normal para a operação da bateria, porque o inversor já está fornecendo a carga. Perde a entrada de rede e a fonte CC muda; o inversor não precisa iniciar e assumir.

"0 ms" não significa que toda transição dentro da UPS é instantânea. Transferências envolvendo bypass estático, modo ECO e condições de falha são eventos separados com seus próprios valores.

Em projetos VI e VFD, a mudança de rede para bateria ou inversor envolve uma interrupção real, tipicamente alguns milissegundos. A maioria das fontes de alimentação de TI passa por isso; algumas cargas industriais não.

Quando uma folha de dados diz "tempo de transferência", verifique quais dois estados operacionais ela está comparando.

7. Regulação em estado estacionário e resposta transitória são testes diferentes

Eles ficam lado a lado na página e medem coisas diferentes.

Regulação da tensão de saída: ±1% descreve quão estritamente a UPS mantém a tensão em condições estáveis.

A resposta transitória descreve o que acontece quando a carga muda rapidamente. Degrau de 20% para 100% de carga e a tensão de saída sai da banda de estado estacionário antes de se recuperar.

Para cargas que mudam de degrau emdash; elevadores, soldadores, equipamentos de imagem, partidas de compressor emdash; peça três números:

• desvio máximo de tensão transitória

• tempo de recuperação

• o degrau de carga em que os valores foram medidos

Uma folha de dados que fornece apenas regulação de estado estacionário de ±1% não informou como a UPS se comporta durante o evento que realmente importa.

8. Tensão da bateria, Ah e tempo de execução são três números diferentes

A tensão CC informa a configuração

Um barramento nominal de 384 VCC geralmente significa 32 blocos de 12 V em série:

32 × 12 V = 384 V

Essa é a configuração da string. Não diz nada sobre o tempo de backup.

Ah é classificado em uma taxa de descarga, não em abstrato

Um bloco de 12 V 100 Ah carrega essa classificação em uma taxa de descarga, uma temperatura e uma tensão de fim de descarga. Mude qualquer um dos três e a capacidade que você pode realmente consumir muda com ele.

É por isso que o Ah da placa de identificação não pode ser transformado em um tempo de execução de 10 ou 30 minutos por aritmética. As aplicações de UPS descarregam muito mais rápido do que a taxa em que a classificação foi definida, e uma descarga rápida atinge a tensão de corte antes que a capacidade da placa de identificação seja usada.

Para dimensionamento, use a tabela de descarga de corrente constante ou potência constante do fabricante da bateria, lida na runtime e na tensão de fim de descarga que o projeto necessita. O envelhecimento da bateria, a temperatura e a margem de projeto são então aplicados em cima, de acordo com os requisitos do projeto e a prática aplicável de dimensionamento de bateria. O tempo de execução calculado a partir do Ah da placa de identificação é um palpite com um ponto decimal depois dele.

O tempo de execução precisa da carga

O tempo de execução depende da carga real em kW, do número de blocos, do Ah e da taxa em que é classificado, a configuração do barramento CC, características de descarga, eficiência do inversor, temperatura e condição da bateria, e a tensão de fim de descarga.

"32 × 100 Ah" não informa se são dez minutos ou uma hora. A carga informa.

Peça o tempo de execução na sua carga em kW, e peça de qual tabela de descarga e tensão de corte foi calculado, em vez de pedir um número de Ah maior.

9. Bypass estático e bypass de manutenção fazem trabalhos diferentes

"Bypass incluído" vale uma pergunta a mais.

Bypass estático é um caminho alternativo automático. Sobrecarga, falha do inversor e excesso de temperatura terminam em um de dois resultados: uma transferência para bypass estático, ou um desligamento. O bypass estático é o que mantém a carga viva através do primeiro.

Bypass de manutenção é um caminho de isolamento manual que permite a um técnico desenergizar a eletrônica de potência da UPS para serviço enquanto a carga permanece alimentada. É uma função de manutenção, não um segundo nome para bypass estático.

Em locais críticos, os dois são especificados separadamente, porque o planejamento de manutenção é parte da arquitetura de energia em vez de um acessório. Se uma cotação diz "bypass incluído", pergunte qual um emdash; ou se significa ambos.

10. MTBF: uma estatística de confiabilidade, não uma vida útil

MTBF >100.000 horas não significa que a UPS funcione por mais de onze anos sem falhar.

MTBF é uma métrica estatística de confiabilidade calculada sob um método definido e condições assumidas. Antes que signifique alguma coisa, você precisa de cinco respostas:

• Qual padrão ou método de cálculo foi usado?

• Cobre a UPS completa, ou apenas o módulo de potência?

• As baterias estão incluídas?

• Quais temperatura ambiente e carga foram assumidas?

• O MTTR correspondente é publicado, para que a disponibilidade possa ser calculada?

Dois fabricantes usando métodos diferentes produzem dois números que não podem ser classificados. Ventiladores, capacitores e baterias têm seus próprios intervalos de substituição, independentemente do que o MTBF diz.

11. Faixa de tensão de entrada: o número de carga total é o que conta

Uma ampla faixa de entrada mantém a UPS na rede elétrica durante excursões de tensão em vez de queimar ciclos de bateria.

Faixa de tensão de entrada: 110–300 V ainda precisa de um qualificador: em que carga?

Muitas unidades aceitam uma faixa mais ampla com carga reduzida, e a faixa também pode mudar com a classificação de saída, frequência de entrada, estado de carregamento da bateria e limites de bypass.

Portanto, pergunte:

Qual faixa de tensão de entrada a UPS aceita a 100% da carga nominal, sem derating e sem transferir para a bateria?

Em locais onde a tensão da rede elétrica fica alta ou baixa por horas a fio, essa única resposta decide com que frequência a bateria é usada.

12. Derating, ambiente e os números nas letras miúdas

Cinco figuras raramente chegam à primeira página e sempre aparecem no manual de instalação. Leia-as antes de se comprometer com um layout.

• Derating de temperatura. A classificação kVA se mantém até uma temperatura ambiente declarada, comumente 40 °C. Acima dela, a capacidade segue uma curva publicada para baixo.

• Derating de altitude. Em altitude, a densidade de ar reduzida afeta o resfriamento e as folgas. Os fabricantes definem seu próprio limite de altitude e publicam uma curva de derating acima dele emdash; use essa curva em vez de uma regra geral, porque a porcentagem não é a mesma em todos os projetos.

• Classificação IP e ruído audível. IP20 é bom em uma sala elétrica limpa e errado em uma área de lavagem ou em um salão de produção aberto. O ruído importa quando o gabinete fica perto de pessoas.

• Tempo de recarga. Após uma descarga completa, quantas horas para 90% de capacidade? Esse valor define quão cedo uma segunda interrupção pode ser suportada.

• Capacidade do frame versus capacidade instalada. Em unidades modulares, um frame de 300 kW com três módulos de 50 kW instalados é uma UPS de 150 kW. Cotações que mostram o número do frame sem o número instalado não são comparáveis.

Peça-os como uma lista. Um fornecedor que publica a curva de derating, o tempo de recarga e a contagem de módulos instalados é direto para comparar com outro.

Se esses valores estiverem faltando na folha de dados, peça-os antes de comparar as cotações. A curva de derating e o tempo de recarga são exatamente o que um número de kVA de destaque esconde.

13. Lista de verificação de comparação de folhas de dados de UPS

Coloque as especificações de três cotações em uma tabela em vez de comparar brochuras lado a lado.

14. O que enviar a um fornecedor antes de pedir um preço

Não comece com um número de kVA. Comece com a carga.

1. Tipo de carga emdash; servidores, scanner de CT, motor, linha de processo, rack de telecomunicações

1. Carga real e de pico emdash; em kW, e em A onde você a tiver

1. Tensão de entrada e saída emdash; incluindo configuração de fase

1. Tempo de execução necessário emdash; 10, 30 ou 60 minutos, com que carga

1. Comportamento de partida ou de pico emdash; corrente de partida para motores, transformadores e equipamentos de imagem

1. Arquitetura de redundância emdash; unidade única, capacidade paralela, N+1 ou 2N

1. Condições do local emdash; faixa de tensão da rede, fornecimento do gerador, temperatura ambiente, altitude, requisito de IP

A partir disso, a capacidade, a configuração da bateria e a arquitetura são calculadas contra a aplicação em vez de escolhidas em uma página de catálogo.

Não compare o maior número emdash; compare a condição por trás dele

Quatro verificações resolvem a maioria das comparações: o código de classificação, o kW por trás do kVA, a eficiência de conversão dupla na sua carga operacional real e a duração da sobrecarga em segundos. Até que esses quatro sejam iguais em duas cotações, todas as outras linhas na folha de dados são ruído.

Comparando sistemas de UPS para um hospital, uma sala de servidores ou uma linha industrial? A equipe de aplicações de um fornecedor só pode dimensionar a partir do que você envia a eles, e os dados de carga superam um número de kVA sempre. Engenheiros da TAFENG trabalham a partir da lista de carga, do comportamento de pico e do requisito de tempo de execução, e documentam a quais condições cada valor publicado se aplica.

FAQ

O que significa VFI-SS-111 em uma folha de dados de UPS? É o código de classificação IEC 62040-3. VFI significa que a saída é independente da tensão e frequência de entrada. SS significa que a forma de onda de saída é senoidal tanto na operação normal quanto na operação com energia armazenada, com distorção harmônica total abaixo de 8% sob carga linear e não linear de referência. Os três dígitos classificam o desempenho dinâmico na mudança de modo de operação, em um degrau de carga linear e em um degrau de carga não linear, onde 1 é a classe mais rigorosa. Uma unidade VFI não é automaticamente VFI-SS-111: as letras da forma de onda e os dígitos dinâmicos são classificados separadamente, então duas folhas de dados VFI podem ter códigos diferentes.

Por que uma UPS de 100 kVA não entrega 100 kW? Porque kVA é potência aparente e kW é potência ativa, ligados pelo fator de potência de saída: kW = kVA × PF. Uma unidade de 100 kVA classificada em PF 0.9 é uma máquina de 90 kW. Sempre compare a classificação de kW, não apenas o kVA.

O que significa "sobrecarga de 150%" sem limite de tempo? Muito pouco. A capacidade de sobrecarga só tem significado em par emdash; porcentagem e duração. Uma UPS classificada em 150% por 30 segundos se comporta de forma muito diferente de uma classificada em 150% por 10 minutos, e a folha de dados também deve declarar o que acontece quando o tempo expira, geralmente uma transferência para bypass.

A eficiência de 99% no modo ECO é o mesmo que 99% online? Não. No modo ECO, a carga é fornecida pela rede elétrica filtrada e o inversor fica ocioso, então as perdas são baixas, mas a carga não está sendo condicionada até que a entrada saia da tolerância. Compare ECO com ECO e online com online.

Como calculo o tempo de execução a partir de uma classificação de bateria Ah? Você não pode, apenas a partir de Ah. Ah é especificado em uma taxa de descarga, uma temperatura e uma tensão de fim de descarga, e os tempos de execução da UPS são muito mais curtos do que a taxa nominal. Use a tabela de descarga de corrente constante ou potência constante do fabricante da bateria na runtime e na tensão final que você precisa, depois aplique envelhecimento, temperatura e margem de projeto. Peça ao fornecedor o tempo de execução na sua carga em kW.

Um MTBF mais alto significa que a UPS durará mais? Não necessariamente. MTBF é uma estatística de confiabilidade calculada que depende do método usado, do escopo do que é coberto e das condições operacionais assumidas. Dois fabricantes usando métodos diferentes produzem valores que não podem ser classificados, e ventiladores, capacitores e baterias têm seus próprios intervalos de substituição, independentemente do que o MTBF diz.